Introducción
Este curso estará dividido en dos partes:
-
Química de superficies.
-
Química de coloides.
El esquema general del desarrollo de los temas será: primero, trataremos
de adquirir un concepto intuitivo basado en ejemplos de la vida diaria;
segundo, adquiriremos una visión cualitativa de las bases moleculares
que dan origen a los fenómenos macroscópicos de los cuales
nos ocupamos; tercero, en caso necesario se desarrollarán los tratamientos
termodinámicos y cinéticos del fenómeno. Cabe aclarar
que no será posible seguir rigurosamente este orden en todos los
temas.
Concepto intuitivo de superficie.
Todos tenemos una idea de lo que es una superficie. Distinguimos muy bien
la superficie como un límite: donde hay una superficie termina una
sustancia y empieza otra, aunque pocas veces lo planteamos de ese modo.
Normalmente asociamos el concepto de superficie al de textura: hablamos
de una superficie rugosa o de una superficie lisa. También distinguimos
una superficie (de hecho, su textura) de la sustancia que la constituye:
podemos hablar de un "pulido de espejo" en diferentes metales. La superficie
tiende a tener una existencia un poco indefinida: es posible hablar de
lijar un pedazo de madera para "sacar la veta a la superficie", lo cual
hace que la madera sea más decorativa. Esto nos trae al siguiente
concepto acerca de superficies: podemos modificar las superficies para
adecuarlas a nuestras necesidades.
La modificación de superficies es esencial en la vida moderna,
es necesario entre otras muchas cosas:
-
pulir metales para reducir fricción
-
darle propiedades hidrofóbicas (repelentes al agua) a diversas prendas
de vestir
-
hacer una sustancia impermeable al paso de otra (ya sea agua o aceite)
-
reducir la corrosión de un metal por medio de una pintura
-
producir espejos totales o parciales para aplicaciones como generación
de rayos láser
-
hacer que dos sustancias muy diferentes tales como Cu y SiO2 puedan adherirse
para la elaboración de microcircuitos
Existen muchos fenómenos fácilmente observables en los que
vemos a una superficie dotada de propiedades especiales:
-
Algunos insectos son capaces de caminar sobre la superficie del agua. La
superficie entonces toma la apariencia de una membrana que soporta el peso
del insecto.
-
La adición de jabón o detergentes al agua causa la formación
de espuma y burbujas, esto es, películas muy delgadas de agua.
-
Los filtros, para agua o gases, normalmente consisten de varias capas de
materiales finamente divididos, los cuales pueden adsorber un gran volumen
de materiales tóxicos (p. ej. carbón activado) dada su gran
área superficial.
-
Los convertidores catalíticos usados para reducir emisiones contaminantes
usan un catalizador heterogéneo (muchas veces de paladio o platino
finamente dividido) para oxidar el CO a CO2. El envenenamiento
de dichos catalizadores cuando se usa gasolina con plomo también
se debe a fenómenos de superficie.
¿Qué es una superficie?
Matemáticamente una superficie no tiene espesor, es puramente bidimensional.
En el mundo real tenemos que hablar del espesor de una superficie. Esto
se debe a que los átomos y moléculas son entidades discretas
(poseen un tamaño finito) por lo cual el espesor mínimo sería
el grosor de una capa monomolecular o monoatómica. También
se debe a que ninguna superficie real es perfectamente lisa por lo que
tenemos que tomar en cuenta la diferencia de alturas entre los montes y
los valles que la constituyen. Por último, diferentes técnicas
analíticas sondean diferentes profundidades, lo cual resulta en
diferentes espesores medidos de la capa superficial.
En este curso entenderemos a una superficie como un límite
entre dos fases de diferente composición o estado: sólido-sólido,
sólido-líquido, sólido-gas, líquido-líquido,
líquido-gas. Normalmente es visible como una línea que divide
dos partes, cada una de ellas homogénea, de una mezcla heterogénea,
p. ej., la línea que separa agua y aceite. Esto hace que superficie
e interfase sean sinónimos. Las superficies pueden ser
ordenadas, como las superficies definidas por planos cristalográficos;
o desordenadas como la superficie de un líquido.
Base molecular de las propiedades de una superficie
Todas las moléculas dentro de la masa de una sustancia interactúan
con las moléculas a su alrededor. Las superficies tienen propiedades
que no se presentan en la masa de la fase debido a la falta de interacciones
que presentan los átomos, o moléculas, de la superficie.
Los átomos de la superficie forman parte de un ambiente asimétrico,
donde las interacciones estabilizadoras entre especies similares no están
balanceadas. La tendencia de las especies químicas a balancear esas
interacciones dota a las superficies con propiedades especiales. La naturaleza
de las interacciones puede ser muy variada, tales como (por orden aproximado
de intensidad decreciente):
-
Atracciones electrostáticas (Coulomb)
-
Puentes de hidrógeno
-
Atracciones de dipolos permanentes (van der Waals)
-
Atracciones de dipolos inducidos (London)
La siguiente tabla nos da una idea intuitiva de la intensidad de las interacciones:
| Líquido |
P. de ebull.
(°C) |
Peso molecular |
Indice de
refracción |
Interacción predominante |
| Perfluoroheptano |
82 |
388 |
- |
de London |
| n-octano |
125.6 |
114 |
1.398 |
van der Waals |
| Etanol |
78.5 |
46 |
1.361 |
puente de H |
| CCl4 |
76.7 |
154 |
1.461 |
dipolos permanente |
| Benceno |
80.1 |
78 |
1.501 |
dipolos inducidos |
| Agua |
100 |
18 |
1.333 |
puente de H |
Tema siguiente
Tema anterior
Vuelta al temario
Ultima actualización de esta página: 22 de septiembre
de 1999
Encargado de la página: Dr. Víctor Manuel Rosas García
e-mail: vrosas@ccr.dsi.uanl.mx
Facultad de Ciencias Químicas
Universidad Autónoma de Nuevo León
San Nicolás de los Garza, NL, México